手部功能康復(fù)機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、腦卒中患病率高，是導(dǎo)致手功能受損的一個(gè)主要原因，腦卒中后手部肢體偏癱的治療和康復(fù)已經(jīng)成為現(xiàn)代康復(fù)醫(yī)學(xué)和康復(fù)工程的研究熱點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于因腦卒中引起的手部偏癱運(yùn)動(dòng)功能損失的改善和康復(fù)治療，主要采用的方法是通過(guò)修復(fù)或重塑受損神經(jīng)，加強(qiáng)肌肉肌腱的強(qiáng)度鍛煉，完成運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)來(lái)復(fù)原或改善患手的運(yùn)動(dòng)功能。在各種手部功能康復(fù)手段和方法中，機(jī)器人輔助康復(fù)療法被廣泛采用。手部功能康復(fù)機(jī)器人作為機(jī)器人輔助康復(fù)設(shè)備的一種，其主要任務(wù)是輔助手部關(guān)節(jié)及手指完成彎曲

2、伸展康復(fù)訓(xùn)練。本文針對(duì)腦卒中后手部運(yùn)動(dòng)功能的康復(fù)，對(duì)手部功能康復(fù)機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究。
　　作者首先分析了手部功能康復(fù)機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)了在電氣控制系統(tǒng)方面存在的不足和缺陷。接著總體概述了手部功能康復(fù)機(jī)器人機(jī)械和電氣控制系統(tǒng)的組成，在分析了人手生物運(yùn)動(dòng)特性和康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練策略的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了手部功能康復(fù)機(jī)器人基于患者表現(xiàn)逐步輔助的訓(xùn)練控制策略。
　　本文隨后詳細(xì)闡述了康復(fù)機(jī)器人電氣系統(tǒng)的硬件組成及設(shè)計(jì)

3、實(shí)現(xiàn)過(guò)程，完成了基于NiosII軟核的處理系統(tǒng)、基于PWM控制原理的多路直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、傳感器數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互及電源管理五個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，整個(gè)電氣硬件系統(tǒng)具有集成度高、微型化的特點(diǎn)，滿足了康復(fù)機(jī)機(jī)器人便攜性的要求。
　　其次，詳細(xì)闡述了康復(fù)機(jī)器人基于擾動(dòng)觀測(cè)器的PID魯棒控制方法的設(shè)計(jì)過(guò)程，介紹了康復(fù)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，然后分別建立了驅(qū)動(dòng)電機(jī)和機(jī)械負(fù)載的數(shù)學(xué)模型，接著在討論康復(fù)機(jī)器人典型PID控制方法的基礎(chǔ)上，提出了手部功能康復(fù)

4、機(jī)器人基于擾動(dòng)觀測(cè)器的PID魯棒控制方法，設(shè)計(jì)了擾動(dòng)觀測(cè)器和低通濾波器，該控制方法能有效地抑制康復(fù)機(jī)器人運(yùn)行時(shí)來(lái)自手部的干擾，從而提高控制系統(tǒng)的魯棒性，并利用MATLAB軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了控制器和控制算法的有效性。
　　本文最后對(duì)設(shè)計(jì)完成的手部功能康復(fù)機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了各功能模塊的可行性和可靠性。實(shí)驗(yàn)中獲取的電氣性能參數(shù)和控制性能參數(shù)是手部功能康復(fù)機(jī)器人性能指標(biāo)評(píng)估和進(jìn)一步優(yōu)化改